用数学方法求∬xzdydz+yzdzdx+x^2dxdy,其中∑为上半球面z=√(a^2-x^2-y^2)
时间: 2023-06-25 14:07:52 浏览: 145
首先,根据上半球面的方程,可以得到限制条件为 $z = \sqrt{a^2 - x^2 - y^2}$,其中 $a$ 为常数。
接下来,考虑对积分式进行变形,即
$$
\begin{aligned}
\iint_{\Sigma} xz \mathrm{d}y\mathrm{d}z + yz \mathrm{d}z\mathrm{d}x + x^2 \mathrm{d}x\mathrm{d}y &= \iint_{\Sigma} xz \mathrm{d}y\mathrm{d}z + yz \mathrm{d}x\mathrm{d}z + x^2 \mathrm{d}x\mathrm{d}y \\
&= \iint_{\Sigma} xz \mathrm{d}y\mathrm{d}z + yz \mathrm{d}x\mathrm{d}z + x^2 \mathrm{d}y\mathrm{d}x \\
&= \iint_{\Sigma} (xz\mathrm{d}y + yz\mathrm{d}x + x^2\mathrm{d}y)\mathrm{d}x\mathrm{d}z \\
\end{aligned}
$$
然后,根据上半球面的方程,将 $\mathrm{d}y$ 表示为 $\mathrm{d}y = -\frac{z}{\sqrt{a^2 - x^2 - y^2}}\mathrm{d}x - \frac{x}{\sqrt{a^2 - x^2 - y^2}}\mathrm{d}z$,代入上式得
$$
\begin{aligned}
&\iint_{\Sigma} (xz\mathrm{d}y + yz\mathrm{d}x + x^2\mathrm{d}y)\mathrm{d}x\mathrm{d}z \\
&= \iint_{\Sigma} (xz\cdot\left(-\frac{z}{\sqrt{a^2 - x^2 - y^2}}\right) + yz\mathrm{d}x + x^2\cdot\left(-\frac{x}{\sqrt{a^2 - x^2 - y^2}}\right))\mathrm{d}x\mathrm{d}z \\
&= \iint_{\Sigma} \frac{-x^2z - xyz}{\sqrt{a^2 - x^2 - y^2}} + yz + \frac{-x^3}{\sqrt{a^2 - x^2 - y^2}}\mathrm{d}x\mathrm{d}z \\
&= \int_{-a}^{a}\int_{-\sqrt{a^2-x^2}}^{\sqrt{a^2-x^2}} \frac{-x^2z - xyz}{\sqrt{a^2 - x^2 - y^2}} + yz + \frac{-x^3}{\sqrt{a^2 - x^2 - y^2}}\mathrm{d}y\mathrm{d}x \quad (\because \text{对称性}) \\
&= \int_{-a}^{a}\int_{-\sqrt{a^2-x^2}}^{\sqrt{a^2-x^2}} \frac{-x^2z}{\sqrt{a^2 - x^2 - y^2}} - \frac{xy}{\sqrt{a^2 - x^2 - y^2}}z + yz + \frac{-x^3}{\sqrt{a^2 - x^2 - y^2}}\mathrm{d}y\mathrm{d}x \\
&= \int_{-a}^{a}\int_{-\sqrt{a^2-x^2}}^{\sqrt{a^2-x^2}} yz\mathrm{d}y\mathrm{d}x \\
&= 0 \quad (\because \text{对称性})
\end{aligned}
$$
因此,结果为 $0$。
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